Reacciones redox. Pilas galvánicas



0. RESUMEN.
Esta práctica trata sobre el montaje de una celda galvánica, en concreto la pila Daniells y sobre las reacciones de reducción-oxidación, también conocidas como reacciones redox. En esta práctica, trataremos de entender los diferentes conceptos utilizados en redox y conocer el funcionamiento de la pila Daniells.
Las reacciones redox son aquellas en las cuales se produce unatransferencia de electrones. La pérdida de electrones se denomina oxidación y la ganancia de ellos mismos reducción.
En nuestra práctica realizada, la pila consta de dos vasos que contienen por un lado sulfato de cinc y una barra de cinc metálico, y por otro lado sulfato de cobre (II) y una barra de cobre metálico. Las disoluciones se unen mediante un puente salino que contiene una disoluciónconductora (en este caso nitrato de potasio) y que permite cerrar el circuito eléctrico. En esta práctica lo que haremos será conectar los electrodos al voltímetro y anotar la diferencia de potencial que marca éste y el polo al que se conecta cada electrodo.

1. INTRODUCCIÓN.
Las reacciones se pueden dar de manera espontánea o de manera no espontánea. Aquellas reacciones redox que ocurrenespontáneamente, pueden ser utilizadas para generar energía eléctrica (es el fin único de la pila). Para ello es necesario que la transferencia de electrones no se realice directamente, es decir, que la oxidación y la reducción sucedan en espacios separados. De esta manera, el flujo de electrones desde el agente reductor hacia el agente oxidante, se traduce en una corriente eléctrica, que se denominacorriente galvánica. Las celdas electroquímicas, conocidas también como celdas galvánicas, son los dispositivos en los cuales se realiza el proceso de la corriente galvánica como hemos explicado anteriormente
En una celda electroquímica los reactivos se mantienen en compartimentos separados o semiceldas, en las cuales se realizan las semireacciones de oxidación y reducción de forma separada. Unasemicelda consta de una barra de metal que funciona como electrodo y que se sumerge en una solución acuosa compuesta por iones del mismo metal. Los electrodos de cada semicelda, se comunican a través de un circuito eléctrico externo, por el que viajan los electrones desde el agente reductor hasta el agente oxidante.
Si las dos barras se conectan por un conductor metálico, se produce una reacciónde modo que el cinc metálico comienza a disolverse y sobre la barra de cobre se deposita cobre de la disolución.
Los electrones fluyen en el circuito desde el ánodo (donde se produce la oxidación) hasta el cátodo (donde se produce la reducción). Mediante un voltímetro es posible determinar la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo. La diferencia de potencial se mide en voltios (V),que es energía por unidad de carga. Hay un convenio internacional para la notación de celdas galvánicas denominado diagrama de celda. Para la pila Daniells, éste sería:

Zn(s)|Zn2+(aq) || Cu2+(aq)|Cu(s)

A la izquierda se indica el ánodo y a la derecha el cátodo. Una barra vertical indica una interfase y dos barras el puente salino.
El flujo de electrones que se produce desde el ánodo alcátodo se debe a la diferencia de energía potencial entre ambos. Una celda genera un potencial (E) entre los dos polos (cátodo y ánodo), que proporciona la fuerza electromotriz necesaria para mover los electrones.
El potencial normal (Eº) es el medido en condiciones normales. El potencial de la celda será la suma de los potenciales de cada electrodo:

Eº = Eº (ánodo) + Eº (cátodo)

Elpotencial de una pila depende de las especies que intervengan y de sus concentraciones. La ecuación de Nernst relaciona el potencial de la celda con la concentración de las especies químicas y con la temperatura.
La ecuación de Nernst será:

E = Eº - (R*T/F*n) * log Q

(Donde Q es el cociente de reacción, R la constante de los gases, T la temperatura en Kelvin, F la constante de Faraday y n...